JPH04335902A - 燃焼装置およびそれを備えたボイラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃焼時に排出される窒
素酸化物（以下ＮＯｘと称する）濃度を低減する予混合
燃焼用バーナおよびそれを用いたボイラに係り、特に気
体燃料と燃焼用空気の混合と、予混合気体の噴出速度を
均一にし、更に予混合気体が予混合気噴出ノズルから噴
出されるまでの圧力損失を低減する予混合燃焼バーナの
構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】光化学スモッグの原因となるＮＯｘに対
する排出規制は年々厳しくなっており、ＮＯｘ排出量を
低減するための技術開発が盛んに行われている。また、
燃焼時に発生する公害成分含有量の少ないボイラ用燃料
として液化天然ガス（ＬＮＧ）などがあり、これらの燃
料使用量は増加する傾向にある。このような窒素含有量
の少ない気体燃料が燃焼する際、発生するＮＯｘは、燃
焼用空気中の窒素が高温雰囲気内で酸化されて生成され
るサーマルＮＯｘである。サーマルＮＯｘの生成は温度
依存性が高く、火炎温度が高くなるにつれて増加する。 火炎温度は、燃料と燃焼用空気との混合比いわゆる空気
過剰率によって異なり、燃料を完全燃焼させるのに過不
足のない空気量（理論空気量）で燃焼する時に火炎温度
は最も高くなる。

【０００３】通常の燃焼装置においては、拡散燃焼がよ
く使用される。この燃焼法は、燃料と燃焼用空気とを別
々のノズルより燃焼室内に投入し、燃焼室内で両者を混
合することにより火炎を形成する方法であり、火炎の安
定性に優るのが特徴である。しかしながらこの燃焼法で
は、燃料−空気の混合過程において、空気過剰率（供給
空気量）／（理論空気量）　が１に近くなる領域が必ず
存在し、この領域で火炎温度は高くなり、ＮＯｘの発生
が多くなる。

【０００４】火炎温度の低減によりＮＯｘの発生量を低
減する目的で、希薄燃焼、二段燃焼、排ガス再循環法等
の燃焼法が既に開発され、多くの燃焼装置に採用されて
いる。二段燃焼及び排ガス再循環法は、ＮＯｘ低減の効
果においては優れるが、未燃分が放出され易い。これを
防ぐには燃焼装置を大きくする必要があり、経済的には
不利な燃焼法である。また、希薄燃焼法は空気過剰率を
高くして燃焼する方法である。この燃焼法では過剰空気
が増えるため、ボイラから燃焼ガスにより系外へ排出さ
れる熱が増加し、ボイラの熱効率が低下する。

【０００５】予混合火炎を採用した燃焼装置の例として
、空気不足の拡散火炎と空気過剰の予混合火炎を組合せ
て燃焼する方法（特公昭５２−２８２５１号公報）があ
るが、この燃焼法では一部、拡散燃焼を採用しているた
めＮＯｘ低減に一定の限界がある。これに対して発明者
らは、ボイラの効率を向上し、更に火炎から発生するＮ
Ｏｘを低減する目的で、完全予混合燃焼方式の低ＮＯｘ
ボイラを既に提案している（特願平１−　３３９２５２
号）　。ボイラ効率を向上させるには、理論空気量に近
い空気量で燃焼し、ボイラ系外へ排出される熱量を低減
するのと同時に、燃焼室を小さくして放散熱を少なくす
るのが重要である。これには、先ず燃焼室を小さくする
のに火炎の長さを短縮できる予混合火炎を採用する。予
混合火炎でＮＯｘを低減するには従来過剰空気で燃焼す
るのが主流の技術であるが、発明者らは、鋭意検討の結
果、燃料−空気の混合気噴流の中心に高温の燃焼ガスを
導入し、また混合気が燃焼する前に、燃焼ガスの１部が
混合気に混合すればＮＯｘを低減できることを明らかに
した。噴流の中心部に導入された燃焼ガスは、ここから
の熱の移動により混合気を着火し、火炎を安定化する。 またこのような着火法を採れば火炎は噴流中心部より噴
流の外側に向かって伝播する。更に、噴流の外周におい
て燃焼ガスが混合気に混合する機構を有する燃焼装置と
することにより、火炎の高温領域が縮小されサ−マルＮ
Ｏｘの発生が抑制される。

【０００６】この燃焼方法では、予混合気が燃焼する前
に、低温の燃焼ガスの一部を予混合気に混合することで
火炎温度を低下させ、または酸素濃度を小さくすること
で、ＮＯｘを低減する。この低ＮＯｘバーナの構造は、
燃料と空気とを燃焼室に噴出する前に混合した混合気を
直進流として噴出する複数のノズルを有し、ノズル噴出
口の下流に混合気主流方向と平行にならないように、ノ
ズル断面積より小さな面積の板を設置し、混合気の燃焼
が噴流の中心部より進行し、かつ混合気の燃焼が始まる
前に、混合気噴流の外周においても低温の燃焼ガスの一
部が混合気に混合するようにする機構を備えた燃焼装置
を有し、かつ燃料と空気とをそれぞれ異なるノズルから
噴出する拡散燃焼用バーナを備えたことを特徴としてい
る。更には、燃料と空気の混合気噴流の中心部に燃焼ガ
スを導入し、この燃焼ガスにより混合気噴流を着火し、
火炎を噴流の中心部から外周に向かって伝播させ、噴流
端付近の混合気が燃焼する前に、噴流外周から燃焼ガス
を混合気に混合することを特徴としている。

【０００７】しかし、このような特徴を有する低ＮＯｘ
ボイラに使用する予混合燃焼バーナおいては、予混合火
炎の安定化と発生するＮＯｘを抑制するために、いくつ
かの課題が残っている。低ＮＯｘボイラにおいては、熱
量の需要に応じて、ボイラ負荷を１０％から１００％の
間で変化させる必要があるため、燃料と燃焼用空気の供
給量を変化させ、空気過剰率を１．１　以上の範囲で変
化させることとなる。

【０００８】前記したように、予混合火炎から発生する
サーマルＮＯｘ量は空気過剰率に依存し、空気過剰率が
１．０　近辺で最大値を有し、ここを境にして低くなる
。しかし、燃料と燃焼用空気の混合の均一性が悪くなる
と、サーマルＮＯｘ量の空気過剰率に対する依存性も悪
くなり、空気過剰率を１．０　より大きくしても、また
小さくしてもＮＯｘ量は低下しなくなる。また、実用ボ
イラに使用する予混合燃焼バーナにおいては、逆火した
場合の安全性を確保するために、燃料と空気が混合して
からの距離をできるだけ短くする必要がある。そのため
には短時間で燃料と空気を均一に混合するためのバーナ
構造を開発する必要がある。

【０００９】次に予混合燃焼火炎の安定化の点において
、特願平１−３３９２５２号で提案した保炎器を用いた
予混合燃焼バーナでは保炎器の作用により、高温の燃焼
排ガスを保炎器の上方に滞留させ、ここからの熱の移動
により予混合気を着火し、保炎器の先端から火炎を安定
化させる。もし予混合気の噴出速度が不均一になり、極
端な場合、予混合気がノズル外周に片寄ると、保炎器の
先端から火炎は形成されないようになり、火炎は保炎器
の上流側から形成される。このような場合は、保炎器は
加熱され損傷するおそれがある。

【００１０】更にボイラのコストを低減するために燃焼
用空気を供給するブロワーの吐出圧力には限界があるた
め、予混合燃焼バーナ内での圧力損失をできるだけ小さ
くする必要がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、予
混合燃焼バーナの従来技術においては、できるだけ短い
距離で燃料と空気の混合を均一にすること、予混合気噴
出速度を均一にすること、燃焼用空気の圧力損失を低減
することなどの課題があり、ＮＯｘを低減するには限界
があった。そこで本発明者らはさらに実験を継続し、燃
料と燃焼用空気の混合の均一性とＮＯｘの発生量につい
て調査した。

【００１２】図７（ａ）　は、燃料と燃焼用空気の混合
を均一にした時のＮＯｘの低減効果について示している
。縦軸は、燃料噴出手段に供給したＣＯ２　トレーサガ
スと燃焼用空気が完全に混合した時のトレーサガス濃度
と、予混合気噴出ノズル出口での各測定点でのトレーサ
ガス濃度との相対誤差（混合割合）を示し、横軸は噴出
ノズルの中心線からの距離である。なお、図７（ａ）　
および図８において１は噴出ノズル、２は保炎手段の断
面形状を示している。また、図において混合割合が０に
近いほど、燃料と空気の混合が均一であることを示す。

【００１３】実験では、混合方法を変えた時の予混合ノ
ズル出口での混合割合を測定し、その結果を第７図（ａ
）　に示す。横軸は測定位置を示す。旋回流発生器を用
いた場合には１２本のノズルに燃料を分散して供給し、
混合促進を図ったが、この他にここでは、混合気噴出ノ
ズルの約１ｍ上流に燃料を供給し、混合距離を長く取っ
た場合についても検討した。また、第６図の実験では、
いずれの場合にも整流装置を設置した。旋回流発生器だ
けをを用いた時の混合割合は、ノズル半径方向の各測定
点で異なる。これに対して、燃料と空気の混合距離を十
分にとると、旋回流発生器の有無にかかわらず各測定位
置での混合割合は０％に近くなり、混合気中の燃料濃度
分布は均一になる。

【００１４】図７（ｂ）　は、図７（ａ）　で述べた混
合方法を実施した時のＮＯｘ　排出特性を示す。縦軸は
ＮＯｘ排出量、横軸は測定位置を示す。図からわかるよ
うに、混合距離を長くするとＮＯｘ　排出量は少なくな
る。図７（ａ）　、図７（ｂ）　の結果より、燃料と空
気の混合を良くするとＮＯｘ　排出量は低減される。ま
た、混合距離を長くした場合の旋回流発生器を設置した
時としない時のＮＯｘ　排出量を比較すると、空気比１
．０４から１．２　の領域では旋回流発生器を用いない
方がＮＯｘ　排出量は低くなる。即ち、混合気中の燃料
濃度分布が均一になると、ノズル出口における流速分布
も均一になった方が低ＮＯｘ　化には適していることが
分かった。

【００１５】図８は、燃料と燃焼用空気の予混合気体を
整流装置により整流した時の、火炎の安定性に関する効
果について述べたものである。図８（ａ）　の縦軸は予
混合気ノズル出口の圧力分布、横軸は測定位置である。 図８（ｂ）の縦軸は予混合気ノズル出口の速度分布、横
軸は測定位置である。速度分布では上流から下流への流
れの速度を正とする。また、図８では、ノズル出口にハ
ニカムの整流装置を設置した場合としない場合の結果を
比較して示す。整流装置を用いない時には、半径方向０
から１８ｍｍの領域で負圧となり、特に０から９ｍｍの
範囲で負圧の値が大きく、−４０ｍｍＨ２Ｏ　となる。 また、流速はｒ＝３０ｍｍ近辺において最大となる。こ
れに対し、整流装置を用いた時は、半径方向０から９ｍ
ｍにおいて負圧となる。また整流すると負圧の大きさが
小さくなる。流れ方向の速度はｒ＝３０ｍｍ近辺で最大
となるが、整流装置を用いない時に比べて平均化される
ことか分かる。

【００１６】火炎の目視観察では、整流装置を用いない
時は、火炎は予混合ノズル壁面から形成され、保炎器は
赤熱した。整流装置を用いた時は、火炎は保炎器先端か
ら安定して形成され、保炎器は赤熱しない。図８の結果
を考慮すると、旋回流発生器を用いる場合には、ノズル
中心部に強い負圧領域が存在し、高温気体が保炎器下流
に集まり、保炎器が加熱される。また、旋回流として混
合気を噴出すると、混合気は遠心力によりノズル内壁に
沿って流れる流量が増え、保炎器先端からは火炎が形成
されない。整流装置を用いて流れの旋回成分を無くする
と、火炎は保炎器先端から安定して形成された。

【００１７】本発明の目的は、上記の実験結果を踏まえ
、安定な予混合火炎を形成し、さらに気体燃料と燃焼用
空気の混合を均一にし、空気過剰率を増減することでＮ
Ｏｘを低減できる予混合燃焼バーナ、およびそのような
構成のバーナを備えた低ＮＯｘボイラを提供することに
ある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では燃料と空気の予混合気を噴出するノズル
と、該ノズルの噴出口下流に予混合気の流れをさえぎり
、その後流で循環流を形成する保炎手段とを備えた予混
合燃焼バーナにおいて、ノズル内に予混合気形成時に空
気の流れと異なる方向に燃料を噴出する燃料噴出手段を
設けて混合気中での燃料混合割合を均一にし、それによ
りＮ０ｘの発生量を低減した予混合燃焼バーナを得るこ
ととした。さらに、そのような構成の予混合燃焼バーナ
を熱源として用いることによりＮ０ｘの発生量を低減し
たボイラを得ることが可能となった。

【００１９】本発明において、燃料噴出手段に対しての
燃料供給口をノズルの水平方向断面における中央部近傍
に設けるか、あるいはノズルの水平方向断面における周
辺部に設けて燃料噴出手段の燃料噴出口の口径を該燃料
供給口からの距離に比例して大きくすることにより、燃
料と燃焼用空気の混合をより均一なものとすることがで
きる。また、燃料噴出手段と保炎手段との間に、金網ま
たは他の多孔材料からなる整流手段を介在させることに
より予混合気を直進流としかつ予噴出速度を均一にする
ことが可能となる。さらに、燃料噴出手段の形状を、空
気流の下流側に向けて逆円錐形状をなす流線形とするこ
とにより、燃焼用空気の圧力損失を大きく低減すること
ができる。

【００２０】燃料混合割合を均一にする手段として、燃
料噴出手段と保炎手段との間にさらに旋回流発生器を設
けることにより、目的をより達成することが可能となる
。以上の手段により、安定した予混合火炎が形成でき、
空気過剰率を増減することで、排出ＮＯｘ濃度を６０ｐ
ｐｍ以下に低減できる高負荷低ＮＯｘ燃焼が実現できる
。

【００２１】

【作用】ボイラ効率を向上させるには、理論空気量に近
い空気量（空気過剰率１．０）で燃焼し、ボイラ系外へ
排出される熱量を低減するのと同時に、燃焼室を小さく
して放散熱を少なくするのが重要である。これには、先
ず燃焼室を小さくする手段として火炎の長さを短縮でき
る予混合火炎を採用する。すなわち、予混合火炎でＮＯ
ｘを低減するには従来過剰空気で燃焼するのが主流の技
術であるが、発明者らは、以前に鋭意検討の結果、燃料
−空気の混合気噴流の中心に高温の燃焼ガスを導入し、
また混合気が燃焼する前に、燃焼ガスの１部が混合気に
混合すればＮＯｘを低減できることを明らかにした。噴
流の中心部に導入された燃焼ガスは、ここからの熱の移
動により混合気を着火し、火炎を安定化する。またこの
ような着火法を採れば火炎は噴流中心部より噴流の外側
に向かって伝播する。更に、噴流の外周において燃焼ガ
スが混合気に混合する機構を有する燃焼装置とすること
により、火炎の高温領域が縮小されサ−マルＮＯｘの発
生が抑制される。このような燃焼法を実現するための一
つの手段として、保炎器がある。保炎器は、燃料と空気
の混合気の主流方向に平行とならないよう、混合気が衝
突するように設置され、保炎器後流に高温の燃焼ガスの
循環流を形成する。

【００２２】本発明においては、本発明者らが既に開示
している上記の保炎器を用いた予混合燃焼バーナにおい
て、さらにバーナ内に予混合気中での燃料混合割合を均
一にする手段を講じることで、例えば、旋回流発生器を
用いることであるいは気体燃料を燃料噴出手段のほぼ中
央に供給し、かつ気体燃料の噴出向きが燃焼用空気の流
れ向きと同じにならないようにすることで、気体燃料は
燃焼用空気流れ内に均等に混合される。その結果、気体
燃料と燃焼用空気の混合が促進し、均一な予混合気体が
形成される。また、気体燃料と燃焼用空気とが混合され
た予混合気を直進流として噴出させるようにノズル内に
金網、または多数の通気孔を有する整流装置を設置し、
予混合気をこの整流装置を通させることで、ノズルから
噴出される予混合気の噴出速度が均一になるようにする
。その結果、保炎器の作用により、高温の燃焼排ガスを
保炎器の上方に滞留させ、ここからの熱の移動により予
混合気を着火し、保炎器の先端から火炎を安定化するこ
とができる。更に、燃料噴出手段として空気流の下流側
に向けて逆円錐形状をなす流線形の形状、すなわちエア
ホイル型のノズルを用いることで、予混合燃焼バーナ内
での燃焼用空気の圧力損失をできるだけ小さくできる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を用いて説明する
。図１は本発明による低ＮＯｘ　ボイラ用予混合燃焼バ
ーナの概略の構造を示す。バーナ（ａ）　ないしバーナ
（ｄ）　においては、気体燃料の噴出方向及び気体燃料
の供給方法がそれぞれ異なっている。図に示す保炎器２
を備えた予混合燃焼バーナは直方体であり、燃料噴出手
段３は円柱型のパイプである。予混合気噴出ノズル１の
下流側には保炎器２が設置してある。予混合気噴出ノズ
ル１の上流側には燃料噴出手段３、整流装置４、空気ダ
ンパ５が設置してある。燃料噴出手段３には複数の燃料
噴出口８が、複数の列に配置してある。矢印６、７はそ
れぞれ燃料及び燃焼用空気の供給方向、矢印９は燃料の
噴出向きである。１３は燃料供給入口である。

【００２４】保炎器２は予混合火炎を安定化するための
ものである。整流装置４は、この実施例ではハニカム構
造の抵抗体を用いたが、後記するように金網でも目的は
達っせられる。このハニカム構造は均一な速度分布の流
れを形成する整流作用をなすと共に、ここでは流路断面
積が縮小されるため流速が高のなり、予混合火炎の逆火
防止の作用も有する。燃料噴出手段３には、複数の燃料
噴出口８が設置してあり、燃料は分散して空気流内に投
入される。バーナ（ａ）　からバーナ（ｄ）　において
は、気体燃料の噴出向き９と燃焼用空気の流れ向き７と
が同じにならないようにしている。

【００２５】バーナ（ａ）　では、燃料を燃料噴出手段
の水平方向断面においてその周辺部分供給し、燃焼用空
気の流れに対し、複数の燃料噴出口８から３０°の方向
へ噴出させている。バーナ（ｂ）　では、燃料を燃料噴
出手段の水平方向断面においてその中央から供給し、燃
焼用空気の流れに対して６０°の方向へ噴出させている
。バーナ（ｃ）　では、燃料を燃料噴出手段の同じく中
央から供給し、燃焼用空気の流れに対して直角方向へ噴
出させている。バーナ（ｄ）　では、バーナ（ｃ）と同
じ方法で燃料を供給、噴出し、圧力損失を低減する目的
で整流装置をはずしてある。

【００２６】図２は、図１のバーナ（ａ）　からバーナ
（ｄ）　において、予混合気噴出ノズル１出口において
の、気体燃料と燃焼用空気の混合の均一性を調べたもの
である。 測定位置は図２に示す予混合ノズルのＸ方向とＹ方向に
ついて調べたものである。Ｘ方向は、予混合燃焼バーナ
をボイラに設置した時にボイラ設置面に対して水平にな
り、Ｙ方向はボイラ設置面に対して垂直になる。図の縦
軸は空気比、横軸は測定位置である。燃料と空気は完全
混合時の空気比が１．１　になるように供給しているた
め、各測定点の空気比が１．１　に近づくほど、燃料と
空気の混合の均一性が良いことになる。

【００２７】バ−ナ（ａ）　では、Ｙ方向の測定結果か
らわかるように、燃料供給入口１３から遠くなるにつれ
て空気比（ＳＲ）は大きく、予混合気中の燃料濃度が薄
くなり、燃料と空気の混合の均一性が充分とはいえない
。また、Ｘ方向の測定結果から、ノズル中心部での空気
比（ＳＲ）は大きく、燃料と空気の混合の均一性も悪い
ことが分かる。 バーナ（ａ）　、（ｂ）　、（ｃ）の測定結果から、燃
料を空気の流れに対して垂直方向に噴出するに従い、燃
料と空気の混合の均一性が良くなることが分かる。さら
に、バーナ（ｃ）　とバーナ（ｄ）　の測定結果から、
整流板をはずしたほうが、燃料と空気の混合の均一性が
良いことが分かる。 また、バーナ（ｃ）　とバーナ（ｄ）　における、予混
合気噴出ノズルまでの圧力損失を測定したところ、バー
ナ（ｄ）　ではバーナ（ｃ）　に比べて、圧力損失が４
６ｍｍＨ２Ｏ　程度、低減していた。

【００２８】以上の燃料と空気の混合の均一性と圧力損
失の測定結果から、先の基礎実験により示された予混合
燃焼バーナの低ＮＯｘ化のために必要な構成は、少なく
とも燃料を燃焼用空気の流れに対して一定の角度を持た
せて、すなわち、空気の流れと異なる方向に噴出させる
ことにより達成することができ、その方向が異なれば異
なるほど目的はより達成されることが分かる。

【００２９】また、図２のバーナ（ａ）　、（ｂ）　の
Ｙ方向の測定結果から明らかなように、燃料噴出手段に
対しての燃料供給口の位置の違いにより燃料供給入口１
３から遠くなるにつれて空気比（ＳＲ）は大きく、予混
合気中の燃料濃度が薄くなり、燃料と空気の混合の均一
性が充分とはいえないことが分かる。そしてその違いは
バーナ（ａ）　について著しい。従って、燃料供給口の
位置としては、バーナ（ａ）　のようにノズルの水平方
向断面における中央部近傍に設けることは好ましい態様
であり、また、バーナ（ｂ）　のように燃料供給口をノ
ズルの水平方向断面における周辺部に設ける場合には、
燃料噴出口の口径を該燃料供給口からの距離に比例して
大きくすることによりょり効果的に燃料と空気の混合の
均一性を維持できることが分かる。

【００３０】具体的には、上記の実施例のものにあって
は、バーナ（ａ）　からバーナ（ｄ）　の中では、バー
ナ（ｄ）　が最も良い構造といえる。図３は、バーナ（
ａ）　からバーナ（ｄ）　において、予混合気噴出ノズ
ル１　出口において、予混合気の噴出速度分布を調べた
ものである。図の縦軸は予混合気の噴出速度、横軸は測
定位置である。最も燃料ー空気の混合の均一性が良かっ
たバーナ（ｄ）　では、Ｘ方向の速度分布のばらつきは
小さいが、Ｙ方向ではまだ、ばらつきが大きいことが分
かる。それで、次に、燃料噴出手段下流位置に金網を設
置し、その整流効果について検討した。

【００３１】図４（ａ）に示すバーナ（ｅ）は、図１の
バーナ（ｄ）に燃料噴出手段の下流位置に、整流手段１
０として１６メッシュ金網を設置したものであり、図４
（ｂ）　に示すバーナ（ｆ）　はバーナ（ｅ）　の燃料
噴出手段１１をエアホイル型の燃料噴出手段１２に代え
たものである。なお、７は燃焼用空気の流れ方向である
。図５はバーナ（ｄ）　とバーナ（ｅ）　において、予
混合気噴出ノズル出口の速度分布を調べたものである。 Ｘ方向の速度分布は、バーナ（ｄ），バーナ（ｅ）にお
いて同じように均一であるが、Ｙ方向の速度分布はバー
ナ（ｅ）　のほうが均一になっている。バーナ（ｅ）　
では、予混合噴出ノズル近傍に設置した金網の整流効果
により、予混合気の速度分布が均一になったと考えられ
る。以上の結果から、燃焼用の空気流の方向と異なる方
向に燃料を噴出することに加え、保炎手段より上流側に
整流手段を設けることは、本発明の目的を達成するため
の好ましい態様であることが分かる。

【００３２】さらに、圧力損失を測定したところ、バー
ナ（ｅ）　ではバーナ（ｄ）　に比べて、予混合気噴出
ノズルまでの圧力損失が３８ｍｍＨ２Ｏ　高くなってい
たため、燃料噴出手段の形状変化により、圧力損失を低
減することを次に検討した。その結果、バーナ（ｆ）に
おける予混合気噴出ノズル出口での圧力損失はバーナ（
ｅ）に比べて８６ｍｍＨ２Ｏ程度低減できることが分か
った。すなわち、燃料噴出手段の形状を空気流の下流側
に向けて逆円錐形状をなす流線形の形状とるすことによ
り一層目的を達成できることが分かる。

【００３３】図６（ａ）は、燃料噴出手段とノズルの噴
出口との間に、予混合気を攪拌する旋回流発生器をさら
に設けた場合の例を示している。図７での基礎実験結果
が示すように旋回流発生器を用いることにより燃焼効果
はある程度改善されるが必ずしも充分とはいえない。こ
の実施例ではバーナ内に旋回流発生器に加えて、ノズル
内に位置し予混合気形成時に空気の流れと異なる方向に
燃料を噴出する燃料噴出手段とをさにら具備したものを
示している。図に示されるバーナは複数個の円筒状の予
混合気噴出口を備えた低ＮＯｘバーナであり、バーナは
中心に設置された第１の着火用の円筒状の拡散火炎用バ
ーナ１００と、それを囲むように設置された複数個の予
混合火炎バーナ１１０とから構成され、それぞれの予混
合気噴出ノズル１２０はその中心軸と同心軸上に第２の
燃料ノズル１３０を有しており、第１の拡散火炎用バー
ナ１００はその中心軸と同心軸上に第１の燃料ノズル１
４０を有している。さらに、各ノズルの外周には例えば
軸流ファンのような旋回流発生器１５０、１　５５が設
けられている。図中、１８０は整流装置である。なお、
この形式のバーナは本出願人と同一人の出願に係る特願
平１−３３９２５２号に詳記されている。　　本発明は
このバーナにさらに改良を加えたものであり、このバー
ナ１００の予混合気噴出ノズル１２０の上流に設けられ
ている空気供給管１６０内に位置する第３の燃料ノズル
１７０の燃料噴出方向を、図６（ｂ）に示すように、燃
焼用空気の流れと直角の方向および１８０度の方向とし
ている。そして、ここで混合された予混合気は燃焼ノズ
ルに到る過程において旋回流発生器１５０、１５５の作
用によりさらに混合されより均一な予混合気体を形成す
る。

【００３４】以上の結果が示すように、予混合燃焼バー
ナにおいて、その燃焼用の空気の流れの方向と異なる方
向に燃料を噴出することにより低ＮＯｘ燃焼の目的を達
成することができ、さらに保炎手段と燃料噴出手段との
間に整流手段を設けることによりその効果が増大する。 また燃料噴出手段の形状を空気流の下流側に向けて逆円
錐形状をなす流線形、すなわちエアホイル型の燃料噴出
手段とすることにより圧力損失を大きく低減することが
できさらに効果が増大する。さらにノズル内に空気と燃
料とを混合するための旋回流発生器を設けても同様な効
果を達成することができる。

【００３５】なお、このバーナをボイラーに装着するに
当たっては特別の技術的手段を取る必要はなく、通常の
取り付け手法で行うことができる。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、保炎器を用いた予混合
燃焼バーナにおいて、気体燃料を燃焼用空気の流れ向き
と異なる方向に噴出させることにより気体燃料と燃焼用
空気の混合が容易に促進し、均一な予混合気体が形成さ
れる。それにより、空気過剰率を増減することで、ＮＯ
ｘ排出量を低減することが可能となる。更に、気体燃料
と燃焼用空気とが混合された予混合気を直進流として噴
出するノズル内に金網、または多数の通気孔を有する整
流装置を設置し、予混合気をこの整流装置を通過させる
ことで、ノズルから噴出される予混合気の噴出速度を均
一することができる。その結果、保炎器の作用により、
高温の燃焼排ガスを保炎器の上方に滞留させ、ここから
の熱の移動により予混合気を着火、保炎し、保炎器の先
端から火炎を安定して形成することができる。更に、燃
料噴出手段としてエアホイル型のノズルを用いることで
、予混合燃焼バーナ内での燃焼用空気の圧力損失をでき
るだけ小さくできる。

【００３７】また、本発明の予混合燃焼バーナをボイラ
の熱源として用いることにより、ＮＯｘの排出量の低減
したボイラを得ることができ、大気環境の維持に大きく
寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による予混合燃焼用バーナの幾つかの実
施例を示す図、

【図２】図１に示すバーナにおいて、気体燃料と燃焼用
空気の混合の均一性の測定結果を比較して示す図、

【図
３】図１に示すバーナにおいて、予混合気噴出ノズル出
口の速度分布の測定結果を比較して示す図、

【図４】整
流装置を備えた予混合燃焼バーナの概略図、

【図５】図
４に示すバーナにおいて、予混合気噴出ノズル出口の速
度分布の測定結果を比較して示す図、

【図６】本発明に
よる予混合燃焼バーナの他の実施例であって、ノズル内
にさらに旋回流発生器を装着したものの断面図、

【図７】基礎試験装置における、予混合気体の混合割合
とＮＯｘ排出特性の測定結果を示す図、

【図８】基礎試
験装置における、予混合気体の噴出速度分布の測定結果
を示す図。

【符号の説明】

１は予混合気噴出ノズル、２は保炎器、３は燃料噴出手
段、４は整流装置、５は空気ダンパ、６は燃料の供給方
向、７は燃焼用空気の供給方向、８は燃料噴出口、９　
は燃料の噴出方向、１０は整流装置、１１、１２は燃料
噴出手段、１３は燃料供給入口である。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　燃料と空気の予混合気を噴出するノズ
   ルと、該ノズルの噴出口下流に予混合気の流れをさえぎ
   り、その後流で循環流を形成する保炎手段と、ノズル内
   に位置し予混合気形成時に空気の流れと異なる方向に燃
   料を噴出する燃料噴出手段とを具備することを特徴とす
   る、Ｎ０ｘの発生量を低減した予混合燃焼バーナ。
2. 【請求項２】　　燃料噴出手段に対しての燃料供給口を
   、ノズルの水平方向断面における中央部近傍に設けたこ
   とを特徴とする、請求項１記載の予混合燃焼バーナ。
3. 【請求項３】　　燃料噴出手段に対しての燃料供給口を
   、ノズルの水平方向断面における周辺部に設け、かつ、
   燃料噴出手段の燃料噴出口の口径を該燃料供給口からの
   距離に比例して大きくしたことを特徴とする、請求項１
   記載の予混合燃焼バーナ。
4. 【請求項４】　　燃料噴出手段と保炎手段との間に、予
   混合気を直進流とする整流手段を介在させたことを特徴
   とする、請求項１ないし３記載の予混合燃焼バーナ。
5. 【請求項５】　　整流手段が金網である、請求項４記載
   の予混合燃焼バーナ。
6. 【請求項６】　　燃料噴出手段の形状が、空気流の下流
   側に向けて逆円錐形状をなす流線形の形状であることを
   特徴とする、請求項１ないし５記載の予混合燃焼バーナ
   。
7. 【請求項７】　　燃料噴出手段とノズルの噴出口との間
   に、予混合気を攪拌する旋回流発生器をさらに設けたこ
   とを特徴とする、請求項１ないし６記載の予混合燃焼バ
   ーナ。
8. 【請求項８】　　請求項１ないし７記載の予混合燃焼バ
   ーナのいずれかあるいはその任意の組合せを熱源とする
   Ｎ０ｘの発生量を低減したボイラ。